La costruzione di un rivelatore di particelle "fatto in casa" non è una cosa semplice data la difficoltà di reperimento di materiali e i relativi costi. Nell‘ambito delle ricerche istituzionali INFN abbiamo realizzato un rivelatore a scintillazione compatto ed economico, basato su Arduino Due, che racchiude tutte le funzionalità di un moderno detector di fisica delle particelle. ArduSipM sarà utilizzato dalla scuola di Fermo vincitrice del CERN beamline for schools 2017 nel loro esperimento al CERN per la rivelazione della radiazione Cherenkov. Durante la giornata verrà mostrato come assemblare il rivelatore, come utilizzare i programmi di acquisizione e controllo, verranno spiegate le sue funzionalità e si imparerà come usarlo in esperienze didattiche per la rivelazione di raggi cosmici o misure di radiazione ambientale.
Il Kit, completo di tutto il necessario, è acquistabile da terze parti sotto licenza INFN https://www.asimmetrie.it/as-illuminazioni-rivelatori-fai-da-te

Il nostro mondo è popolato da tanti e diversi tipi di materiali: ciò che sorprende è che questa grande varietà di materia sia composta di pochi e relativamente semplici elementi chiamati atomi. Gli atomi, con la loro dimensione di frazioni di nanometro (un decimo di miliardesimo di un metro) sono invisibili anche al migliore microscopio ottico. Per “vedere” gli atomi ed esplorare il mondo al di là delle sue proprietà macroscopiche, è necessaria una luce che non è quella visibile. Questa luce, o meglio i raggi X, hanno una lunghezza d‘onda ben più corta della radiazione visibile e quindi adatta a studiare elementi piccoli come gli atomi. Gli acceleratori di particelle nati per studiare la fisica fondamentale, sono nel tempo diventati anche ottime sorgenti di luce (luce di sincrotrone) e in particolare di raggi X. Studieremo l‘evoluzione delle sorgenti di luce di sincrotrone, le loro caratteristiche e le nuove prospettive di ricerca che si aprono anche nell‘ambito degli studi sulla struttura atomica della materia.

BRUNO, PIERRE E IL MISTERO DELLA CARICA PERDUTA: PERCORSO STORICO E SPERIMENTALE ALLA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI.
P. Ciambrone, G. Felici, C. Gatti, G. Mancini, G. Papalino

Nel 1785 Coulomb osserva che corpi carichi isolati perdono la carica spontaneamente. Come mai? Ci vorrà più di un secolo per risolvere questo mistero e scoprire il "colpevole". Partendo da questo aneddoto ripercorreremo una storia fatta da viaggi con palloni, immersioni sott‘acqua, lingotti d‘oro ed esperimenti sotto i bombardamenti, che porto' alla scoperta dei raggi cosmici e alla nascita della moderna fisica delle particelle. Seguendo le impronte di protagonisti come Bruno Rossi e Pierre Auger ripeteremo, nei limiti di tempo a noi concessi, alcune delle esperienze che portarono a queste grandi conquiste utilizzando rivelatori a scintillazione e altra strumentazione di laboratorio.

SULLE TRACCE DELLE PARTICELLE: LA COSTRUZIONE DI UNA CAMERA A NEBBIA. PROPOSTA DIDATTICA PER DIVENTARE DEI "DETECTIVE DELLE PARTICELLE"
C. Curceanu, R. Fabrianesi, R. Giovannucci, L. Ronci, C. Ruiz

Con materiali relativamente poveri si può costruire una camera a nebbia con un costo contenuto. Le tracce delle particelle (da una sorgente oppure raggi cosmici) possono essere così viste e i principi della rivelazione delle particelle dimostrati sul campo e discussi. Verrà presentato il funzionamento e la costruzione di una tale camera a nebbia, assieme alla fisica delle particelle (inclusi i raggi cosmici e sorgenti) che la descrive. Un tale progetto può essere facilmente riprodotto a scuola dove i ragazzi possono divertirsi, diventando dei "detective delle particelle".

LABORATORIO ECO-FLUIDODINAMICA
G. Gadda

L’esperienza inizierà con una parte introduttiva sulla fisica degli ultrasuoni e sul loro utilizzo in campo diagnostico e proseguirà poi con alcune prove pratiche svolte dagli studenti tra le quali: misura dell’attenuazione di un’onda ultrasonora al variare delle caratteristiche del mezzo in cui si propaga l’onda e della frequenza nominale dell’onda stessa; studio del flusso di un liquido tramite ecoDoppler: utilizzando un apparato che permette di riprodurre la circolazione sanguigna in carotide e giugulare verranno effettuate misure di flusso tramite acquisizione di profili Doppler ed immagini Brightness-Mode.

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Aula Salvini
Ed. 36

DISPOSITIVI FOTOVOLTAICI INNOVATIVI
P. Bernardoni

Il laboratorio consiste in un'introduzione alla fisica dei semiconduttori, dei dispositivi fotovoltaici e dei LED.
Verranno illustrate le caratteristiche fisiche dei semiconduttori e come sia possibile impiegarli per lo sfruttamento dell'energia solare, al termine dell'introduzione teorica si passerà alla misura sperimentale della curva caratteristica corrente-tensione di una cella solare dalla quale se ne ricaveranno i principali parametri elettrici

Aula Bernardini
Ed. 26

L'ELETTRONICA NEL MONDO DELLA FISICA DELLE PARTICELLE: DAI PRIMI ESPERIMENTI DI ALTE ENERGIE FINO AI NOSTRI TEMPI
P. Albicocco, E. Capitolo, M. Gatta, R. Messi, M. Poli Lener

L‘evoluzione storica dell‘elettronica ha permesso di realizzare esperimenti sempre più complessi grazie alla notevole riduzione dei costi e alla sempre maggiore integrazione dei componenti.
La digitalizzazione dell‘informazione e lo sviluppo dell‘elettronica di consumo permettono anche la realizzazione di semplici esperimenti a bassissimo costo.
Realizzeremo due esperienze di fisica fondamentale relative alla misura di due costanti universali allo scopo di dimostrare come sia semplice usare elettronica e informatica insieme, la costante di Planck e la costante di gravitazione universale. Le esperienze proposte sono basate sul concetto di un elettronica “opensource” a basso costo che ne consente una facile riproduzione in ambito scolastico.
Non si richiedono competenze particolari è sufficiente una conoscenza basilare di Fisica e Matematica.

TECNICHE DI DIAGNOSTICA PER I BENI CULTURALI: applicazioni della spettroscopia infrarossa allo studio della sezione stratigrafica di un'opera d'arte. Applicazione dei raggi X
M. Cestelli Guidi, M. Romani, M. Pietropaoli, L. Pronti, G. Viviani

Il gruppo lavorerà sulla caratterizzazione, tramite spettroscopia infrarossa e tecniche di Imaging, dei materiali che compongono le sezioni stratigrafiche di un dipinto. Nella prima parte della giornata verranno presentate le caratteristiche della luce di sincrotrone nell‘infrarosso ed i suoi vantaggi nello studio dei manufatti artistici e l‘applicazione delle tecniche di Imaging Multispettrale nello studio di opere d‘arte. Nel pomeriggio l‘attività si sposterà nel laboratorio di luce di sincrotrone dove si potrà realizzare una misura di microscopia infrarossa su provini e su campioni prelevati da opere d‘arte per la generazione delle immagini stratigrafiche.

Lab. Dafne Luce
Ed. 12

Lab. Fisica Sanitaria
Ed. 15

MECCANICA QUANTISTICA
S. Bertelli, M. Iannarelli, E. Turri

Il percorso proposto è dedicato all‘introduzione dei temi che hanno portato allo sviluppo della meccanica quantistica e verrà strutturato in una parte teorica e in una parte sperimentale. Gli argomenti trattati saranno: crisi della meccanica classica, spettri atomici, corpo nero ed effetto fotoelettrico, scoperta della radioattività, dualismo onda-corpuscolo e fisica dell'elettrone. Nella sessione sperimentale verrà realizzata la misura della costante di Planck a partire dalla misura della tensione di conduzione di due LED che emettono su lunghezze d‘onda diverse e verranno presentati alcuni esperimenti chiave della meccanica quantistica analizzandoli anche dal punto di vista didattico.

SIR ISAAC NEWTON E LA MELA DIGITALE
B. Sciascia, M. Giordano

Sempre più spesso si sente parlare di coding e pensiero computazionale nella scuola, ma poco spesso ci si occupa dell‘introduzione della programmazione nella didattica curricolare della scuola superiore, supponendo che resti appannaggio degli istituti di indirizzo tecnologico. In questo gruppo di lavoro dimostreremo che il coding, oltre ad essere uno strumento universale di apprendimento, è un metodo di lavoro che può arricchire lo studio della fisica restituendole il suo valore primario, ovvero quello di un sistema scientifico di ideazione e validazione di modelli di fenomeni della realtà. Il corso si basa sull‘esperienza di una masterclass condotta nel marzo scorso presso i Laboratori Nazionali di Frascati con 42 ragazze e ragazzi di scuole superiori (e - in via sperimentale - 3 insegnanti). Adottando lo stesso approccio basato sul creative learning , faremo un‘esperienza pratica di avvicinamento graduale alla programmazione ad oggetti, con l‘obiettivo di simulare, in un universo tempo-discreto, la legge di gravitazione universale. (Alla fine della giornata verrà fornito il codice sorgente completo in modo da poterlo
studiare/elaborare e usare con le classi.) Come ambiente di sviluppo useremo Processing , un linguaggio di programmazione progettato e realizzato al Media Lab del Massachusetts Institute of Technology per la didattica del coding e che oggi è un progetto open source utilizzato e sostenuto da decine di migliaia di appassionati, designer e artisti digitali. Il linguaggio, nella logica e nei costrutti, è molto simile a Java, ma, a differenza di questo, molto più semplice nella sintassi e più immediato nella possibilità di realizzare in poco tempo programmi, simulazioni ed animazioni interattive.

SIMULAZIONE DI EVENTI A LHC: DALLA GENERAZIONE ALLA RICOSTRUZIONE
G. Corcella, M. Testa

Il gruppo lavorerà sulla simulazione e ricostruzione di eventi al Large Hadron Collider (LHC). Dopo un'introduzione teorica alla fisica dei generatori di eventi Monte Carlo, i partecipanti impareranno ad utilizzare i programmi più moderni, quali MadGraph o PYTHIA, al fine di simulare eventi a LHC e ricostruire le particelle presenti nello stato finale. Verranno studiati con particolare riguardo campioni di eventi con la produzione di bosoni di Higgs o di particelle predette in teorie oltre il Modello Standard.

TECNOLOGIE DI CHANNELING AVANZATE: DAGLI ONDULATORI DI CRISTALLO ALLE GUIDE D'ONDA CAPILLARI
S. B. Dabagov, V. Guglielmotti, D. Hampai,

Questo seminario descriverà ai partecipanti lo stato degli studi presenti e gli eventuali possibili sviluppi futuri nelle tecnologie di channeling applicate alla fisica dei raggi X (per la maggior parte ottiche policapillari a raggi X applicate alle tecniche CT, XRF, TXRF). Una volta introdotto l‘argomento, i partecipanti saranno invitati a seguire varie attività sperimentali e tecnologiche a XLab Frascati dei Laboratori Nazionali di Frascati. Il Channeling è un fenomeno ben noto correlato al moto di particelle cariche in cristalli allineati. Recenti studi hanno dimostrato la fattibilità di applicare i fenomeni di channeling per la descrizione di altri diversi meccanismi di interazione tra particelle cariche e neutre in solidi, plasmi e campi elettromagnetici dagli studi basati su ondulatori di cristalli, collimatori e acceleratori fino ad elementi ottici per raggi X e neutroni basati su sistemi di capillari.

ALFA, BETA, GAMMA: ALLA SCOPERTA DELLA RADIOATTIVITA'
D. Domenici

All'inizio del '900, i misteriosi "raggi" emessi dai nuclei radioattivi vennero battezzati alfa, beta o gamma a seconda del loro comportamento in un campo magnetico. Oggi sappiamo che si tratta di particelle ben note, di cui conosciamo massa e carica elettrica. La spettroscopia è la misura della loro energia, che permette di identificare univocamente i decadimenti nucleari da cui provengono. E' una tecnica di indagine della materia molto potente, che si applica tanto all'astrofisica quanto ai beni culturali, consentendo di capire il contenuto di una stella o di una tela di Leonardo.
Per le misure verrà usato un rivelatore di particelle economico come lo scintillatore, accoppiato a un sensore di ultima generazione, il fotomoltiplicatore al silicio.

SUPERCONDUTTIVITA' E L'EFFETTO MEISSNER NEI SUPERCONDUTTORI CERAMICI GRANULARI AD ALTA TEMPERATURA
D. Di Gioacchino

Aula Conversi
Ed. 57

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